涡流、电磁阻尼和电磁驱动 一.涡流 在如图甲所示的电路中,电阻R1=R2=2R,圆形金属线圈半径为r1,线圈导线的电阻为R,半径为r2(r2<r< span="">1)的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示,图线与横、纵轴的交点坐标分别为t0和B0,其余导线的电阻不计,闭合S,至t1时刻,电路中的电流已稳定,求电容器所带的电荷量。</r<> 将习题中的磁场源换为通有交变电流的线圈,电路撤去,放块铁磁物质,铁板就行,注意把铁板擦洗干净,再买点鱿鱼放在铁板上,就是美味“铁板鱿鱼”。实用的电磁炉,原理也是如此,锅底就是铁板,只不过交流线圈中的交流电不是市电,若用市电,吃一顿面就太耗时间了,需要将市电先整为直流电,再将直流电整为高频的交流电,效率才能提高,才能实用。 本质还是电磁感应,但在麦克斯韦的脑中,对这个电磁感应现象的认识超前了一大截,直达本质,铁板和鱿鱼只是恰好能使得电磁感应现象表现出来而已,真正的幕后大BOSS是电磁波理论,变化的磁场产生了电场,但这个电场与前面所学的静电场不同,是一种涡旋电场,怎感觉漩涡电场更贴切呢?涡旋电场驱动自由电荷转圈,形成电流,就是涡流。 直接一点,磁场变化时,会在周围形成涡旋电场,碰巧又有导体,一拍即合,就形成了涡流。 应用和防止的两面性就自己随场景取舍吧! 这个就是应用: 这就是防止: 核心就是变化的磁场和导体,本质就是变化的磁场产生了涡旋电场,木有其它了。 二.电磁阻尼 阻1.如图所示,固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g。(从牛顿运动定律、功能关系、电路知识分析本题,可以提出哪些问题) 阻2.如图所示,正方形线框边长为L,总电阻为R,质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方某处,由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与水平的磁场边界面平行。分析线框进入磁场的运动状态。 阻3.如图,导体杆OQ在作用于OQ中点且垂直于OQ的力作用下,绕垂直线框平面过O点的轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动,磁场的磁感应强度为B,方向垂直于框架平面,AO间接有电阻R,其余电阻均不计,回路中的总电功率为P,求导体棒转动的角速度。 导体是主动相对磁场运动了,磁场就会对他有个作用力,这个作用力实质就是安培力,根据电磁感应规律判断一下,就是阻碍导体棒运动了,这就叫成了一个电磁阻尼。汽车里的刹车系统弄这么一套,把电阻弄成一个待充的蓄电池,就又换名词了,叫能量回收装置,多一套系统,就得多掏银子。 上边的三个习题,都是电磁阻尼的例子。淘宝上淘个电表,都是这样给装得,为什么呢?为了减缓运输过程中路况不好时指针的大幅摆动。 三.电磁驱动 如图所示,正方形线框边长为L,总电阻为R,质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场的一边,线框平面保持在绝缘光滑的水平面内,且cd边始终与水平的磁场边界面平行。若磁场靠近线圈,试分析线框的运动状态。 把这个题变一变,这回是磁场变主动了,主动靠近线圈,线圈会怎样呢?根据电磁感应的知识,躲呀,换一个说法就是电磁驱动。 玩具是这样的。 实用工具是这样的: 别让名词把自己忽悠了!理解本质吧。 |
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